微藻生物技术助力功能农业
论文作者:同为论文网 论文来源:www.lunwenei.com 发布时间:2018年03月06日

微藻( microalgae)是一类能光合自养的低等植物,诞生于数亿万年前天地之初,广泛分布于海洋、淡水湖泊等水域,甚至生活在一些极端环境(南北极、干旱和盐碱土壤等)。在细胞形态上,微藻主要是单细胞或者简单的多细胞群体,亦可形成丝状体。微藻种类繁多,地球上约有2万多种,主要有原核的蓝藻(蓝藻门),真核的绿藻(绿藻门)和硅藻(金藻门)等。微藻具有光合效率高、繁殖快、生产周期短等特点。藻细胞能合成积累多种结构特异的高附加值生物活性成分(如帖类、氨基杂环、大环内醋、维生素、胡萝卜素及其衍生物、高度不饱和脂肪酸、多糖及其衍生物、核背酸、特殊属性蛋白和多肤等),具有极高的营养和药学价值o.   

20世纪60年代开展大规模生产小球藻以来,经过近几十年的发展,微藻生物技术已经初具规模,并显示巨大的应用潜力,日益为科技工作者和企业界所重视。微藻生物技术是以微藻生物学为基础,利用生物学和工程学原理,研究微藻藻种选育、藻细胞培养及其装备、藻体采收及水和养分的循环利用与处理、藻基产品深加工及其应用等的生物技术(图1)。已建立的微藻生物技术主要涉及到微藻固碳减排、微藻规模化养殖、微藻环境治理、微藻饵料和饲料、微藻功能食品、微藻医药产品、微藻燃油、微藻化工品及生物炼制等。现今各国政府和相关企业竞相投资微藻生物技术及其产业化,集约化、智能化和绿色可持续的微藻高新技术产业集群正在形成。    

功能农业(functional agriculture)是继高产农业、绿色农业之后现代农业的第三个阶段,也是推动保障国民健康的新阶段。功能农业聚焦于提高农产品附加值和功能化,通过个性化设计高值新型农产品和三产联动,以及采用现代生物和营养强化等先进技术,实现环境友好、农业增效、农民增收和人民健康的有机统一叫。发展功能农业可促进农业供给侧改革,形成农业农村发展的新动能。    

本文围绕“微藻生物技术助力功能农业”这一主题,重点论述微藻生物技术、微藻资源综合开发和微藻产业的发展,及其在全球能源保障、环境保护、粮食安全和人类健康等方面的应用。同时,提出和讨论微藻生物技术产业化推动我国农业供给侧改革和功能农业发展的具体路径。

1微藻固碳联产清洁生物燃油,构建功能    

农业绿色能源    

18世纪第一次产业革命以来,工业的快速发展和化石能源(如煤、石油、天然气等)的过度消耗,不仅造成能源危机,而且超量排放C':温室气体,导致全球气候变暖、生态环境恶化(雾霆及空气污染、海平面上升和生态系统改变等),严重影响世界经济的可持续发展以及人类的健康和生存。因此,开发可再生新能源和C':减排是当今全球着力解决的的重要议题。    

传统的减排方法包括捕集(capture)和储存(storage),涉及到物理吸收、膜分离和低温蒸馏,以及化学吸附等一系列物理化学方法,但均存在成本高和不可再生等缺点。例如,物理法包括吸附、分离、浓缩以及将高浓度的:注人深海或特定地质层(如油气井、含盐水层和碱性矿物底层等)暂时封埋起来。其操作相对简单,但成本高、易二次泄露及诱发地质灾害。化学固定法包括利用氢氧化铿等吸附材料直接吸附固定和通过添加碱性中和试剂以碳酸盐或碳酸氢盐的形式固定 。化学固碳法试剂需求量大,成本极高,且容易造成次生污染。与这些物理化学固碳路径不同,利用光合生物固碳联产生物质能源不仅可以减少主要温室气体CO:的排放,有利于维护生态平衡和改善人类生存环境,还有助于获得可再生能源,缓解化石能源危机,实现“变废为宝”。在众多生物质能源中,不与人争粮,不与粮争地,不与畜争料,不与农争利的微藻生物然油具有诸多无可比拟的独特优势。长远来看,微藻固碳联产生物燃油是一种经济可行、环境友好和可持续性发展的L}}z减排及其资源化利用技术。    

微藻作为一种高效固定CO:的微小细胞工厂,具有以下独特的优点能直接利用太阳能,与物理化学法相比节省了大量的能源;(2)光合作用效率高,是陆生植物的10-}-50倍,每年微藻固碳量占全球年固碳量的2600;每吨微藻生物量消耗1. 83吨COz ; (3)微藻油脂产率高,一般在3000左右,有些藻种含油量高达60%以上。每公顷可年产几万升生物柴油(( 5 -}-10万L"hm z),单位面积产油量是大豆(226 L" hm z)的数百倍,也显著高于油菜(1 190 L" hm z)和油棕(5 950 L" hm)的年产油率。微藻的生长周期短,从初生到可以制油仅需一个星期左右,而大豆等油料植物一般需要几个月至一年多;(2 ) COz资源化利用效益高,环境友好并具可持续性发展。(5)环境适应性强,微藻能忍耐和适应多种极端环境,能够在沿海滩涂、盐碱地和沙漠等地培养,可有效利用边际土地;(6)利用煤基工厂烟道废气等工业尾气可直接作碳源和各种废水作为营养源(N}P等),可低成本规模化培养微藻;可同时多联产具有高附加值的生物基产品,用于制备生物柴油、生物氢、航空用油、甲烷等生物燃料,以及制备食品、动物及水产养殖饲料、化妆品、医药品、肥料、有特殊用途的生物活性物质等。

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